NANOTECNOLOGIA FARMACÊUTICA SISTEMAS DE LIBERAÇÃO CONTROLADA

A nanotecnologia farmacêutica representa uma área multidisciplinar envolvida com o desenvolvimento de sistemas terapêuticos mais eficientes, que representam inovação tecnológica obtendo sistemas micro e nanométricos com o direcionamento do sítio de ação e controle de liberação de fármacos (STAMATIALIS et al., 2008).

Os sistemas de liberação controlada desenvolvidos por essa tecnologia são dispositivos que liberam o princípio ativo de forma controlada, mantendo a concentração terapêutica apropriada por um longo período de tempo. Apresentam, assim, inúmeras vantagens em relação às formas farmacêuticas convencionais, tais como: liberação progressiva do fármaco; direcionamento a alvos específicos; proteção do princípio ativo (diminuindo a sua retenção e/ou degradação pelo organismo); redução do número de doses e quantidade do fármaco administrado, bem como manutenção da concentração constante do princípio ativo no plasma;

diminuição de efeitos adversos; maior conveniência para o paciente e redução dos custos na saúde (BRANNON-PEPPAS, 1995; PETITTI et al., 2008).

Diferentes dispositivos podem ser utilizados como sistemas de liberação controlada, como lipossomas, micropartículas, nanopartículas, complexos de inclusão, dentre outros; como também diferentes tipos de liberação podem ser produzidos (contínua, pulsátil) de acordo com o fármaco, o dispositivo escolhido e a via de administração (PETITTI et al., 2008).

2.4.1 Lipossomas

Lipossomas são vesículas esféricas formadas por uma ou mais bicamadas lipídicas que possuem a propriedade de organizarem-se espontaneamente em meio aquoso. Os lipídeos se organizam de forma que suas cadeias hidrofóbicas interagem dando origem à bicamada e os grupos hidrofílicos orientam-se para solução extra-vesicular e a cavidade interna (Figura 11) (PAINI et al., 2015).

Figura 11 - Formação de estruturas fechadas em bicamadas a partir de fosfolipídeos em meio aquoso

Tais partículas são consideradas excelentes formas de sistemas de liberação controlada de fármacos e substâncias biologicamente ativas graças a sua flexibilidade estrutural relacionada ao tamanho, composição e fluidez da bicamada lipídica e na sua capacidade de encapsular substâncias hidrofílicas e/ou lipofílicas. Ademais, os lipossomas são biodegradáveis, biocompatíveis e não imunogênicos, características bastante atrativas para o desenvolvimento de sistemas terapêuticos (EDWARDS; BAEUMNER, 2006).

Os lipossomas são constituídos basicamente de fosfolipídeos e esteróis (MONTEIRO et al., 2014). A fosfatidilcolina é o lipídeo mais empregado nas formulações de lipossomas, devido a sua grande estabilidade frente a variações de pH ou da concentração de sal no meio (BATISTA et al., 2007). Enquanto que o colesterol atua aumentando a fluidez da bicamada, reduzindo a permeabilidade a moléculas hidrossolúveis e melhorando a estabilidade das vesículas na presença de fluidos biológicos (MONTEIRO et al., 2014).

Recentemente, a literatura apontou o surgimento dos polimerssomos, que são vesículas poliméricas automontáveis formadas em meio aquoso por copolímeros em bloco anfifílicos (SIMÓN-GRACIA et al., 2016). Por simularem lipossomas, uma vez que estes copolímeros de alto peso molecular possuem anfilicidade similar aos lipídios, tornaram-se uma alternativa atrativa devido a sua alta capacidade de encapsular compostos hidrofílicos, hidrofóbicos ou anfifílicos, caracterizando-os como sistemas excepcionais para a liberação de moléculas bioativas e a encapsulação de mais de um fármaco para terapia sinérgica (FIGUEIREDO et al., 2016; MARTIN et al., 2016).

Os lipossomas podem ser classificados de acordo com seu método de preparação, pelo número de bicamadas presentes na vesícula ou pelo seu tamanho; sendo as duas últimas as classificações mais utilizadas. Com base no número de bicamadas e vesículas, os lipossomas são classificados em vesículas unilamelares (ULVs), vesículas multilamelares (MLVs) ou vesículas multivesiculares (MVVs). Além disso, com relação ao tamanho, os lipossomas unilamelares são classificados em vesículas unilamelares grandes (LUVs) e vesículas unilamelares pequenas (SUVs) (MONTEIRO et al., 2014) (Figura 12).

Figura 12 - Classificação dos lipossomas quanto ao número de bicamadas e tamanho

Fonte: adaptado de MONTEIRO et al. (2014).

Diversos métodos foram desenvolvidos para a produção de lipossomas. O mais utilizado para a obtenção de formulações lipossomais é o método de hidratação do filme lipídico, onde os constituintes são dissolvidos em solvente orgânico, seguido pela evaporação do solvente e formação de um filme lipídico (LIRA et al., 2009; CAVALCANTI et al., 2011). Procede-se a hidratação do filme com água ou tampão sob agitação vigorosa, promovendo a formação da dispersão de lipossomas multilamelares. O momento da inclusão do fármaco durante a preparação das vesículas vai depender da natureza química do mesmo, sendo adicionados ao solvente orgânico (lipofílicos) ou solubilizados na solução tampão (hidrofílicos). Esta técnica produz lipossomas multilamelares, sendo necessária a aplicação de métodos mecânicos, eletrostáticos ou químicos para aquisição de lipossomas unilamelares, LUV’s e SUV’s. Os mais frequentes são os mecânicos, estando incluídos: a sonicação, o uso da prensa de French, homogeinizador/fluidificador e extrusão através de membrana de policarbonato com variadas porosidades (BATISTA et al., 2007).

A aplicação de métodos para caracterização imediata seguida do preparo e armazenamento de lipossomas é requerida para o controle de qualidade da produção. Entre eles, prioriza-se a determinação do diâmetro médio das partículas, índice de polidispersão (PDI), pH, carga de superfície e o percentual da eficiência de encapsulação do fármaco (EE%) (VEMURI; RHODES, 1995). Ainda podem ser realizados estudos de estabilidade e análise dos aspectos macroscópicos, bem como a determinação da morfologia dos sistemas através de microscopia óptica e eletrônica (SANTOS-MAGALHÃES et al., 2000; ANDRADE et al., 2004).

Com relação a sua composição química, os lipossomas podem ser classificados em: lipossomas convencionais, que são compostos basicamente de fosfolipídeos, colesterol e/ou um lipídio com carga (positiva ou negativa); lipossomas de longa circulação ou furtivos, que são obtidos através do revestimento da superfície da bicamada lipídica com polímeros hidrofílicos sintéticos inertes e biocompatíveis, especificamente os polietilenoglicóis, ou componentes hidrofílicos naturais, como o monossialogangliosídeo (MG1) e fosfatidilinositol (TORCHILIN,

2005).

Além dos citados, existem ainda os lipossomas direcionados ou sítio- específicos, os quais caracterizam-se por apresentar em sua superfície moléculas como anticorpos, proteínas, carboidratos e peptídeos, sem o comprometimento da membrana lipídica e alteração na função do ligante. Outra categoria são os lipossomas polimórficos, aqueles que se tornam reativos devido a mudança na sua estrutura, mudança esta desencadeada por uma alteração de pH, temperatura ou carga eletrostática. Dentre esses podemos citar os lipossomas catiônicos, sensíveis ao pH e termossensíveis. A literatura descreve ainda os lipossomas teranósticos, onde há um componente de imagem, um ligante direcionador e um agente terapêutico em um sistema único, sendo este simultaneamente uma ferramenta para terapêutica e diagnóstico (Figura 13) (BATISTA et al., 2007; SERCOMBE et al., 2015).

Figura 13 - Classificação dos lipossomas quanto à sua constituição. A - Lipossoma convencional, B - Lipossoma furtivo, C - Lipossoma teranóstico e D – Lipossoma sítio- específico

Fonte: adaptado de SERCOMBE et al. (2015)

2.4.2 Microesferas

As micropartículas são definidas como pequenas partículas sólidas e esféricas de tamanho entre 1 a 1000 m. Nas micropartículas poliméricas, o fármaco pode estar encapsulado como um núcleo sólido, como uma solução, ou disperso na matriz polimérica; sendo classificadas em microcápsulas e microesferas. As primeiras são sistemas reservatórios contendo o fármaco em um núcleo central com revestimento polimérico que atua como um filme protetor; enquanto as microesferas são sistemas matriciais ou monolíticos, no qual o fármaco está uniformemente disperso e/ou dissolvido na matriz polimérica (Figura 14) (PETITTI et al., 2008; SINGH et al., 2001).

Figura 14 - Representação esquemática da classificação das micropartículas: (A) microesfera (sistema matricial) e (B) microcápsula (sistema reservatório)

Fonte: adaptado de PIMENTEL et al. (2007).

Para a obtenção de micropartículas podem ser utilizados polímeros naturais (proteínas ou polissacarídeos) ou sintéticos. Dentre os polímeros naturais mais estudados encontram-se: ácido hialurônico, alginato, amido, colágeno e quitosana, que oferecem muitas vantagens quando usados como carreadores para liberação de fármacos (BALMAYOR et al., 2009). No entanto, problemas correlacionados à pureza, necessidade de modificação química ou mesmo de incompatibilidade com os constituintes da formulação justificam o uso preferencial de polímeros sintéticos biodegradáveis como matérias-primas destes sistemas (HANS; LOWMAN, 2002).

Os polímeros sintéticos mais comumente utilizados são ácidos poliamino, poliamidas, poliacrilamidas, poliésteres, poliortoésteres e poliuretanos. Os poliésteres como poli-ε-caprolactona (PCL), polímero de ácido glicólico (PGA), polímero de ácido láctico (PLA) e copolímero de ácido láctico e glicólico (PLGA) são bastante atrativos devido a características favoráveis, tais como: biocompatibilidade, biodegradabilidade e segurança para uso em humanos, já sendo oficialmente regulamentados para uso interno (FERNÁNDEZ-CARBALLIDO et al., 2008).

Durante os últimos anos, pesquisas foram focadas no desenvolvimento de microesferas de polímeros biodegradáveis, como o PLGA, devido a inúmeros fatores, dentre os quais: capacidade de serem reabsorvidas pelo organismo, ação terapêutica prolongada e elevada eficiência de encapsulação associadas as suas dimensões, melhoria da estabilidade e da biodisponibilidade oral de fármacos,

aumento da permeabilidade através do epitélio intestinal e facilidade de administração (MUTHU et al., 2009).

Os métodos usados na produção de microesferas geralmente envolvem princípios de evaporação e/ou difusão do solvente, coacervação, polimerização em emulsão, técnica de microemulsão, spray-drying, salting out, dentre outros (IQBAL et al., 2015).

As técnicas de emulsificação com evaporação do solvente são bastante utilizadas na preparação destes sistemas e envolvem a formação de emulsões com fases aquosas e oleosas orgânicas, com a retirada do solvente orgânico ao final do processo. O polímero e o fármaco são solubilizados nas fases apropriadas e estas são emulsificadas em uma fase contínua (aquosa ou oleosa) contendo um emulsificante adequado com um baixo poder de solubilização do fármaco. No caso de fases contínuas aquosas, o álcool polivinílico (PVA) é o emulsificante mais usado. Ao final do processo, os solventes voláteis podem ser removidos por evaporação ou por extração da fase externa (WISCHKE; SCHWENDEMAN, 2008).

As emulsões formadas nestes métodos podem ser do tipo simples, como de óleo/água (o/a, caracterizando um sistema rico em água) (Figura 15), óleo/óleo (o/o) ou múltiplas como água/óleo/água (a/o/a) (IQBAL et al., 2015).

Figura 15 - Método de preparação de microesferas por emulsificação (o/a) e evaporação do solvente: (1) solubilização dos componentes na fase oleosa orgânica, (2) mistura da fase orgânica com a fase contínua contendo emulsificante sob agitação, (3) evaporação do solvente, (4) separação das microesferas

Os parâmetros utilizados para caracterização físico-química dos sistemas obtidos são bem variados, podendo-se destacar: avaliação macroscópica e microscópica, tamanho e distribuição de tamanho de partícula, índice de polidispersão, eficiência de encapsulação, potencial zeta, interações e incompatibilidades entre os componentes da formulação, estudos de estabilidade acelerada e a longo prazo e cinética de liberação in vitro (SANTOS-MAGALHÃES et al., 2000).

Técnicas como difração de raios-X (XRD), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), ressonância magnética nuclear (RMN), infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman e microscopia de varredura laser confocal, ainda podem ser empregadas, com o objetivo de evidenciar a encapsulação do fármaco e distribuição na matriz polimérica, a interação ou incompatibilidade do fármaco com o polímero ou outros componentes da formulação (FAISANT et al., 2002; FERNÁNDEZ-CARBALLIDO et al., 2008; WANG et al., 2009).

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